JP7237687B2 - Wiring substrates, electronic devices and electronic modules - Google Patents
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Description
本開示は、配線基板、電子装置及び電子モジュールに関する。 The present disclosure relates to wiring boards, electronic devices, and electronic modules.
LDなどの電子部品をパッケージ又はモジュール用基板に搭載するために、電子部品とパッケージとの間、あるいは、電子部品とモジュール用基板との間に介在される配線基板がある。このような配線基板はサブマウントとも呼ばれる。配線基板には、電気信号の伝達あるいは電子部品を接地させる機能、電子部品の熱をモジュール用基板へ逃がす機能などを有する。 In order to mount an electronic component such as an LD on a package or module substrate, there is a wiring substrate interposed between the electronic component and the package or between the electronic component and the module substrate. Such a wiring board is also called a submount. The wiring substrate has functions such as transmission of electric signals, grounding of electronic components, and release of heat from the electronic components to the module substrate.
特許文献1には、SiC(シリコンカーバイト)基板にオーミック接合された金属膜を有する基板、並びに、このような基板を用いた光素子が開示されている。
基板として単結晶SiCを採用し、一方の基板面からSiC層への導通を要する配線基板について検討する。このような配線基板においては、SiC基板の基板面に、オーミック接合される金属層と、金スズ、半田、金線又は金バンプなどの接合剤が配置される金属層とが形成される。これらの金属層の間には、密着性を向上するための密着層と、層間の元素拡散を防ぐバリア層などが形成される場合もある。このようにSiC基板に複数種類の金属層が形成された構成では、例えば熱膨張の差に起因した応力が各層間に生じる。したがって、応力により金属層に界面破壊又はバルク破壊が生じないよう、応力に対する耐性の向上が望まれる。 A wiring board that employs single-crystal SiC as a substrate and requires conduction from one substrate surface to the SiC layer is examined. In such a wiring board, a metal layer to be ohmically bonded and a metal layer on which a bonding agent such as gold tin, solder, gold wire or gold bump is disposed are formed on the substrate surface of the SiC substrate. An adhesion layer for improving adhesion and a barrier layer for preventing element diffusion between layers may be formed between these metal layers. In such a configuration in which a plurality of types of metal layers are formed on the SiC substrate, stress due to, for example, a difference in thermal expansion occurs between the layers. Therefore, it is desired to improve resistance to stress so that the stress does not cause interfacial or bulk damage to the metal layer.
本開示は、SiC基板とこれにオーミック接合されるNiSi層とを含む配線基板において、各層の熱膨張の差に起因する応力に対する耐性を向上することを目的とする。本開示は、このような配線基板を備えることで信頼性が向上された電子装置及び電子モジュールを提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to improve resistance to stress caused by a difference in thermal expansion between layers in a wiring board including a SiC substrate and a NiSi layer ohmic-bonded thereto. An object of the present disclosure is to provide an electronic device and an electronic module having improved reliability by including such a wiring board.
本開示に係る配線基板は、
SiC基板と、
前記SiC基板にオーミック接合され、多孔質構造を有するNiSi層と、
該NiSi層に接続された導体層と、
を備え、
前記多孔質構造の空孔内にカーボンが含まれており、
前記NiSi層の中央と、前記NiSi層および前記導体層の界面側との間に位置しており、前記NiSi層および前記導体層の界面側よりもカーボンの分布量が多い空孔を有する構成とした。
本開示に係るもう一つの態様の配線基板は、
SiC基板と、
前記SiC基板にオーミック接合され、多孔質構造を有するNiSi層と、
該NiSi層に接続された導体層と、
を備え、
前記多孔質構造の空孔内にカーボンが含まれており、
前記NiSi層の中央と、前記NiSi層および前記導体層の界面との間に位置しており、前記NiSi層の空孔外よりもカーボンの分布量が多い空孔を有する構成とした。
A wiring board according to the present disclosure includes:
a SiC substrate;
a NiSi layer ohmic-bonded to the SiC substrate and having a porous structure;
a conductor layer connected to the NiSi layer;
with
Carbon is contained in the pores of the porous structure,
Positioned between the center of the NiSi layer and the interface side of the NiSi layer and the conductor layer, the vacancy has a larger amount of carbon distribution than the interface side of the NiSi layer and the conductor layer. It was configured.
A wiring board according to another aspect of the present disclosure includes:
a SiC substrate;
a NiSi layer ohmic-bonded to the SiC substrate and having a porous structure;
a conductor layer connected to the NiSi layer;
with
Carbon is contained in the pores of the porous structure,
It is configured to have a pore located between the center of the NiSi layer and the interface between the NiSi layer and the conductor layer and having a larger amount of carbon distribution than the outside of the pore of the NiSi layer.
本開示に係る電子装置は、
上記の配線基板と、
前記配線基板に搭載された電子部品と、
を備える構成とした。
An electronic device according to the present disclosure includes:
the above wiring board;
an electronic component mounted on the wiring board;
It was configured to include
本開示に係る電子モジュールは、
上記の電子装置と、
前記電子装置が搭載されたモジュール用基板と、
を備える構成とした。
An electronic module according to the present disclosure includes:
the electronic device described above;
a module substrate on which the electronic device is mounted;
It was configured to include
本開示によれば、SiC基板とこれにオーミック接合されるNiSi層とを含む配線基板において、各層の熱膨張の差に起因する応力に対する耐性を向上できる。本開示によれば、このような配線基板を備えることで、信頼性の向上された電子装置及び電子モジュールを提供できるという効果が得られる。 According to the present disclosure, in a wiring substrate including a SiC substrate and a NiSi layer ohmic-bonded thereto, resistance to stress caused by a difference in thermal expansion between layers can be improved. According to the present disclosure, by providing such a wiring substrate, it is possible to provide an electronic device and an electronic module with improved reliability.
以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本開示の実施形態に係る配線基板を示す縦断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a wiring board according to an embodiment of the present disclosure.
本実施形態の配線基板1は、電子部品をパッケージ又はモジュール用基板に搭載するために、電子部品とパッケージとの間、あるいは、電子部品とモジュール用基板との間に介在され、電子部品からパッケージ又はモジュール用基板までを導通させる。さらに、配線基板1は、電子部品が発熱した場合に、電子部品からパッケージ又はモジュール用基板へ熱を放出させる。配線基板1は、サブマウントと呼んでもよい。
The
配線基板1は、SiC(シリコンカーバイト)基板10と、SiC基板10にオーミック接合されたNiSi(ニッケルシリサイド)層11と、NiSi層11上に形成された導体膜20とを備える。導体膜20は、例えばNiSi層11側から順に、密着層21、バリア層22及び導体層23を含んでいてもよい。さらに、配線基板1は、導体膜20上にAuSn(金スズ)などの接合剤パターン25を有していてもよい。NiSi層11及び導体膜20は、配線基板1の両方の基板面に設けられていてもよいし、一方の基板面のみに設けられていてもよい。
密着層21は、例えばTi(チタン)、Cr(クロム)又はこれら両方を主成分として含む。バリア層22は、例えばPt(白金)を主成分として含む。導体層23は、例えばAu(金)を主成分として含む。
The
図2(A)はNiSi層の透過型電子顕微鏡写真、図2(B)はNi(ニッケル)元素のマッピング画像、図2(C)はSi(シリコン)元素のマッピング画像、図2(D)はC(カーボン)元素のマッピング画像である。図2(B)~図2(D)は、図2(A)と同一箇所を示している。 2A is a transmission electron micrograph of the NiSi layer, FIG. 2B is a mapping image of Ni (nickel) element, FIG. 2C is a mapping image of Si (silicon) element, and FIG. 2D is a mapping image of C (carbon) element. FIGS. 2(B) to 2(D) show the same parts as FIG. 2(A).
NiSi層11は、導電性を有し、SiC基板10とオーミック接合している。NiSi層11は、図2(A)に示すように、多孔質構造を有し、複数の空孔Dが含まれる。空孔Dは、主に5~50nmの径のものが、縦断面の面積比で10~50%の割合で分布していてもよい。空孔Dとは、Ni及びSiが存在しない空間あるいはNi及びSiの分布が、NiSi層11の他の箇所と比較して非常に少ない空間を意味する。
NiSi
空孔Dは、第1層Ly1、第2層Ly2、第3層Ly3など、特定の複数層に多く分布している。すなわち、これら特定の複数層に含まれる空孔Dの分布量は、これら以外の層における空孔Dの分布量に比べて、縦断面における面積比で多い。SiC基板10に近い方の層(例えば第1層Ly1)に分布する空孔Dの径は、SiC基板10から遠い方の層(例えば第3層Ly3)に分布する空孔Dの径よりも平均的に大きい。 A large number of holes D are distributed in a plurality of specific layers such as the first layer Ly1, the second layer Ly2, and the third layer Ly3. That is, the distribution amount of the vacancies D contained in these specific multiple layers is larger than the distribution amount of the vacancies D in the other layers in terms of area ratio in the longitudinal section. The diameter of the holes D distributed in the layer closer to the SiC substrate 10 (eg, the first layer Ly1) is larger than the diameter of the holes D distributed in the layer farther from the SiC substrate 10 (eg, the third layer Ly3). Large on average.
図2(D)に示すように、空孔D内には、カーボンが多く分布する。NiSi層11において、導体膜20との界面側には、カーボンの分布量が他の層(例えば中央の層)と比較して低いカーボン低濃度層Ly4がある。
As shown in FIG. 2 (D) , a large amount of carbon is distributed in the vacancies D. As shown in FIG. In the
<製造方法>
図3は、実施形態の配線基板の製造方法の一例を説明する図である。
<Manufacturing method>
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing a wiring board according to the embodiment.
本実施形態の配線基板1は、次のような製造方法により製造できる。この製造方法は、時系列順に、単結晶SiCであるSiC基板10の基板面にNi膜11Prを蒸着するNi膜蒸着工程J1と、例えば光を用いて基板面を加熱する加熱(アニール)工程J2と、基板面に導体膜20を形成する導体膜形成工程J3と、接合剤パターン25に対応するレジストパターンRgを加工するレジスト加工工程J4と、AuSnなどを用いて接合剤パターン25を形成するパターン形成工程J5と、レジストを除去するリンス工程J6とを含む。導体膜形成工程J3は、蒸着により順に密着層21、バリア層22、導体層23を形成する工程であってもよい。パターン形成工程J5は、蒸着によりAuSn膜を形成する工程であってもよい。
The
加熱工程J2では、例えば基板面にレーザ光をスポット照射し、レーザ光を基板面に沿って走査させることで、基板面の各部を加熱する。加熱により、Ni膜とSiC基板10の表層とが反応し、NiSi層が形成される。そして、NiSi層11とSiC基板10とのオーミック接合が実現される。基板面のアニール条件(各部のアニール温度及びアニール時間)の調整により、複数の空孔Dを有するNiSi層11の多孔質構造を実現できる。
In the heating step J2, for example, the substrate surface is spot-irradiated with a laser beam, and the laser beam is scanned along the substrate surface to heat each portion of the substrate surface. The heating causes the Ni film and the surface layer of the
以上のように、本実施形態の配線基板1によれば、SiC基板10と導体膜20との間に、多孔質構造を有するNiSi層11を有する。したがって、NiSi層11とSiC基板10とのオーミック接合により、ショットキー障壁の少ない配線基板1の電気伝導性を実現できる。さらに、NiSi層11の多孔質構造により、SiC基板10と導体膜20との間に生じる熱膨張差に起因した応力に対する耐性を向上できる。すなわち、温度変化が生じたときに、SiC基板10と導体膜20との熱膨張差に起因して、これらの間に応力が生じるが、多孔質構造によりNiSi層11が弾性変形し、応力が緩衝される。これにより、応力によるNiSi層11の界面破壊又はバルク破壊に対する耐性が向上し、これにより導体膜20の剥離を抑制することができる。
As described above, according to the
さらに、本実施形態の配線基板1によれば、NiSi層11の空孔Dの中にC(カーボン)が多く含まれる。カーボンは、高い熱伝導率を有していることから、NiSi層11に多数の空孔Dが含まれていても、多数の空孔Dが配線基板1の一方の基板面から他方の基板面への熱伝導の障壁となることが抑制される。これにより、配線基板1に電子部品が搭載される場合に、配線基板1を介した電子部品の高い放熱性を実現できる。
Furthermore, according to the
さらに、本実施形態の配線基板1によれば、NiSi層11における導体膜20との界面側においてカーボンの分布量が少ないため、導体膜20とNiSi層との密着強度を向上できる。
Furthermore, according to the
さらに、本実施形態の配線基板1によれば、NiSi層11には、空孔Dが他の層に比べて多く分布する複数の特定層(第1層Ly1、第2層Ly2及び第3層Ly3)が含まれる。このように複数の層に空孔Dが多く分布することで、SiC基板10と導体膜20との熱膨張差に起因し、NiSi層11に応力が生じた場合でも、NiSi層11のバルク破壊を抑制しつつ、応力を有効に緩衝することができる。例えば、空孔Dが縦に連続してしまう構造では、NiSi層11の応力に対する耐性が低下し、バルク破壊の恐れが高くなるが、このような構造と比較して、バルク破壊の耐性を向上できる。
Furthermore, according to the
さらに、本実施形態の配線基板1によれば、SiC基板10側に近い第1層Ly1の空孔Dの平均径が、SiC基板10から遠い第3層Ly3の空孔Dの平均径よりも大きい。熱膨張差に基づきSiC基板10と導体膜20との間に応力が生じた場合、比較的に応力は密着層21の界面側に集中する。このため、密着層21の界面側の第3層Ly3の空孔Dの方が、径が小さいことで、NiSi層11のバルク破壊に対する耐性が向上する。これにより、バルク破壊による導体膜20の剥離を抑制できる。
Furthermore, according to the
<電子装置及び電子モジュール>
図6は、本開示の実施形態に係る電子装置及び電子モジュールを示す断面図である。
<Electronic device and electronic module>
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an electronic device and an electronic module according to an embodiment of the disclosure.
本実施形態に係る電子装置60は、配線基板1に電子部品50が実装されて構成される。電子部品50は、接合剤パターン25上に接合されてもよい。配線基板1の基板面に、導体膜20と絶縁された別の導体パターンが形成され、この導体パターンと電子部品50の電極とがボンディングワイヤーを介して接続されてもよい。さらに、電子装置60は、配線基板1と電子部品50とを収容するパッケージを有する構成であってもよい。
An
電子部品50としては、LD(Laser Diode)、PD(Photo Diode)、LED(Light Emitting Diode)等の光素子、CCD(Charge Coupled Device)型、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型等の撮像素子、水晶振動子等の圧電振動子、弾性表面波素子、半導体集積回路素子(IC:Integrated Circuit)等の半導体素子、電気容量素子、インダクタ素子又は抵抗器等の種々の電子部品を適用できる。
As the
本実施形態に係る電子モジュール100は、モジュール用基板110に電子装置60を実装して構成される。モジュール用基板110には、電子装置60に加えて、他の電子装置、電子素子及び電気素子などが実装されていてもよい。モジュール用基板110には電極パッド111が設けられ、電子装置60は、電極パッド111に半田又は金スズ等の接合材113を介して接合されてもよい。また、電子装置60がパッケージを有する場合、モジュール用基板110の電極パッド111にはパッケージの配線導体が接合されてもよい。
The
本実施形態の電子装置60及び電子モジュール100によれば、導体膜20の剥離が抑制された配線基板1が搭載されることで、信頼性の向上を図ることができる。
According to the
以上、本開示の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、実施形態に示した多孔質構造の空孔Dのサイズ、分布の割合、偏在性などは一例にすぎない。また、NiSi層に接合される導体層の数又は種類は、適宜変更可能である。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 The embodiments of the present disclosure have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the size, distribution ratio, uneven distribution, etc. of the pores D in the porous structure shown in the embodiment are merely examples. Also, the number or types of conductor layers bonded to the NiSi layer can be changed as appropriate. Other details shown in the embodiments can be changed as appropriate without departing from the scope of the invention.
1 配線基板
10 SiC基板
11 NiSi層
20 導体膜
21 密着層
22 バリア層
23 導体層
25 接合剤パターン
Ly1 第1層
Ly2 第2層
Ly3 第3層
Ly4 カーボン低濃度層
D 空孔
50 電子部品
60 電子装置
100 電子モジュール
110 モジュール用基板
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
前記SiC基板にオーミック接合され、多孔質構造を有するNiSi層と、
該NiSi層に接続された導体層と、
を備え、
前記多孔質構造の空孔内にカーボンが含まれており、
前記NiSi層の中央と、前記NiSi層および前記導体層の界面側との間に位置しており、前記NiSi層および前記導体層の界面側よりもカーボンの分布量が多い空孔を有する、
配線基板。 a SiC substrate;
a NiSi layer ohmic-bonded to the SiC substrate and having a porous structure;
a conductor layer connected to the NiSi layer;
with
Carbon is contained in the pores of the porous structure,
Positioned between the center of the NiSi layer and the interface side of the NiSi layer and the conductor layer, having a hole with a larger amount of carbon distribution than the interface side of the NiSi layer and the conductor layer,
wiring board.
前記SiC基板にオーミック接合され、多孔質構造を有するNiSi層と、
該NiSi層に接続された導体層と、
を備え、
前記多孔質構造の空孔内にカーボンが含まれており、
前記NiSi層の中央と、前記NiSi層および前記導体層の界面との間に位置しており、前記NiSi層の空孔外よりもカーボンの分布量が多い空孔を有する、
配線基板。 a SiC substrate;
a NiSi layer ohmic-bonded to the SiC substrate and having a porous structure;
a conductor layer connected to the NiSi layer;
with
Carbon is contained in the pores of the porous structure,
Positioned between the center of the NiSi layer and the interface between the NiSi layer and the conductor layer, having a vacancy with a larger amount of carbon distribution than outside the vacancy of the NiSi layer,
wiring board.
請求項1又は請求項2記載の配線基板。 The amount of carbon distributed on the interface side between the NiSi layer and the conductor layer is less than the amount of carbon distributed in the center of the NiSi layer.
The wiring board according to claim 1 or 2.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の配線基板。 The porous structure of the NiSi layer has a plurality of specific layers in which more holes are distributed than other layers,
The wiring board according to any one of claims 1 to 3.
請求項4記載の配線基板。 The average diameter of the pores contained in the specific layer closer to the SiC substrate is larger than the average diameter of the pores contained in the specific layer far from the SiC substrate,
5. The wiring board according to claim 4.
前記配線基板に搭載された電子部品と、
を備える電子装置。 A wiring board according to any one of claims 1 to 5;
an electronic component mounted on the wiring board;
An electronic device comprising
前記電子装置が搭載されたモジュール用基板と、
を備える電子モジュール。 an electronic device according to claim 6;
a module substrate on which the electronic device is mounted;
electronic module with
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